JP2667218B2 - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
太陽電池及びその製造方法Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、太陽電池に関し、より詳細には、エネルギ
ー変換効率が良好な集光タイプの太陽電池に係る。
ー変換効率が良好な集光タイプの太陽電池に係る。
方法に関する。
［従来技術］ 太陽電池に関する大きな技術的課題であるエネルギー
変換効率の向上に向けて従来いろいろな方策が試みられ
てきた。
変換効率の向上に向けて従来いろいろな方策が試みられ
てきた。
ひとつには太陽電池の機能部分をなす半導体の結晶性
の向上がある。即ち非晶質よりは多結晶、多結晶よりは
単結晶たることが望ましい。しかしながら半導体単結晶
基板を用いることは、大面積化及び低コストの点で不利
である。
の向上がある。即ち非晶質よりは多結晶、多結晶よりは
単結晶たることが望ましい。しかしながら半導体単結晶
基板を用いることは、大面積化及び低コストの点で不利
である。
一方、太陽電池受光面の反射率の低減もエネルギー変
換効率の向上に有効である。そこで、受光面表面にMgF2
やTaOxからなる反射防止膜を設ける方法が用いられてい
る。それでも受光面表面は平坦鏡面なので、幾分の反射
は避け難い。そのため、textured sufaceあるいはblack
surfaceと言われる、第１図に示す断面形状の受光面を
有する、いわゆる集光タイプの太陽電池が提案されてい
る。第１図のような表面構造の受光面に光が入射した場
合、ひとつの面で反射された光は隣接する面では反射さ
れないので全体として反射が低減する。しかるに、従
来、集光タイプの太陽電池としては、基板としてSi単結
晶基板を用い、その表面をエッチングしたものが用いら
れていた。ところがこのような表面加工を施すには、た
とえばSi（100）面に対して選択エッチングをする必要
がある。すなわち、従来の集光タイプの太陽電池では、
エッチングの工程が増えてしまう為にこのような表面処
理の適用は制限される。さらに、基板としてSi単結晶基
板を用いなければならないため、基板温度の上昇に伴な
い太陽電池の機能が低下してしまう。そこで、基板とし
て任意の基板を選択しうる集光タイプの太陽電池の出現
が望まれていた。
換効率の向上に有効である。そこで、受光面表面にMgF2
やTaOxからなる反射防止膜を設ける方法が用いられてい
る。それでも受光面表面は平坦鏡面なので、幾分の反射
は避け難い。そのため、textured sufaceあるいはblack
surfaceと言われる、第１図に示す断面形状の受光面を
有する、いわゆる集光タイプの太陽電池が提案されてい
る。第１図のような表面構造の受光面に光が入射した場
合、ひとつの面で反射された光は隣接する面では反射さ
れないので全体として反射が低減する。しかるに、従
来、集光タイプの太陽電池としては、基板としてSi単結
晶基板を用い、その表面をエッチングしたものが用いら
れていた。ところがこのような表面加工を施すには、た
とえばSi（100）面に対して選択エッチングをする必要
がある。すなわち、従来の集光タイプの太陽電池では、
エッチングの工程が増えてしまう為にこのような表面処
理の適用は制限される。さらに、基板としてSi単結晶基
板を用いなければならないため、基板温度の上昇に伴な
い太陽電池の機能が低下してしまう。そこで、基板とし
て任意の基板を選択しうる集光タイプの太陽電池の出現
が望まれていた。
本発明は上記従来技術に鑑み、単結晶基板を用いるこ
となく、受光面に上記の如き表面構造をもった高効率の
太陽電池を提供することを目的とする。
となく、受光面に上記の如き表面構造をもった高効率の
太陽電池を提供することを目的とする。
また発明はこの様な太陽電池を製造するに際し、エッ
チングなどの複雑な工程は必要としない太陽電池を提供
することを目的とする。
チングなどの複雑な工程は必要としない太陽電池を提供
することを目的とする。
［問題点を解決するための手段］ 上記問題点は、結晶成長して単結晶となる核が唯一形
成されるに十分小さい領域である複数の核形成面と、該
核形成面を構成する材料とは異なった材料で構成された
非核形成面とを隣接して配した自由表面を有する基板
の、該複数の核形成面のそれぞれの上に形成された島状
の単結晶と、該島状の単結晶の上に形成された単結晶体
を有し、該単結晶体は隣り合う単結晶体と互いに粒界を
接していることを特徴とする太陽電池によって解決され
る。
成されるに十分小さい領域である複数の核形成面と、該
核形成面を構成する材料とは異なった材料で構成された
非核形成面とを隣接して配した自由表面を有する基板
の、該複数の核形成面のそれぞれの上に形成された島状
の単結晶と、該島状の単結晶の上に形成された単結晶体
を有し、該単結晶体は隣り合う単結晶体と互いに粒界を
接していることを特徴とする太陽電池によって解決され
る。
このとき、基板上に分離された複数の金属電極を形成
する工程と、第１の絶縁膜を堆積する工程と、互いに隣
り合わない前記複数の金属電極の表面の前記絶縁膜の一
部を単結晶となる核が唯一形成されるに十分小さい複数
の領域（領域１）を除去する工程と、前記領域１に第１
の導電型の島状の単結晶を気相成長させる工程と、前記
島状の単結晶の表面に第２の絶縁膜を形成する工程と、
その上に前記島状の単結晶が形成されていない前記複数
の金属電極上の前記絶縁膜の一部を、単結晶となる核が
唯一形成されるに十分小さい複数の領域（領域２）だけ
除去する工程と、前記領域２に第１の導電型と異なる導
電型の島状の単結晶を気相成長させる工程と、前記第２
の絶縁膜を除去する工程と、前記島状の単結晶のそれぞ
れの上にｉ型の単結晶体を粒界が接するまで気相成長さ
せる工程と、を有することを特徴とする太陽電池の製造
方法が用いられる。
する工程と、第１の絶縁膜を堆積する工程と、互いに隣
り合わない前記複数の金属電極の表面の前記絶縁膜の一
部を単結晶となる核が唯一形成されるに十分小さい複数
の領域（領域１）を除去する工程と、前記領域１に第１
の導電型の島状の単結晶を気相成長させる工程と、前記
島状の単結晶の表面に第２の絶縁膜を形成する工程と、
その上に前記島状の単結晶が形成されていない前記複数
の金属電極上の前記絶縁膜の一部を、単結晶となる核が
唯一形成されるに十分小さい複数の領域（領域２）だけ
除去する工程と、前記領域２に第１の導電型と異なる導
電型の島状の単結晶を気相成長させる工程と、前記第２
の絶縁膜を除去する工程と、前記島状の単結晶のそれぞ
れの上にｉ型の単結晶体を粒界が接するまで気相成長さ
せる工程と、を有することを特徴とする太陽電池の製造
方法が用いられる。
また、基板上に金属電極を形成する工程と、絶縁膜を
形成する工程と、該絶縁膜の一部を単結晶となる核が唯
一形成されるに十分小さい領域だけ除去する工程と、前
記領域に第１の導電型の島状の単結晶を気相成長させる
工程と、前記島状の単結晶のそれぞれの上に第１の導電
型と異なる導電型の単結晶体を粒界が接するまで気相成
長させる工程と、を有することを特徴とする太陽電池の
製造方法も適用できる。
形成する工程と、該絶縁膜の一部を単結晶となる核が唯
一形成されるに十分小さい領域だけ除去する工程と、前
記領域に第１の導電型の島状の単結晶を気相成長させる
工程と、前記島状の単結晶のそれぞれの上に第１の導電
型と異なる導電型の単結晶体を粒界が接するまで気相成
長させる工程と、を有することを特徴とする太陽電池の
製造方法も適用できる。
［作用］ 本発明の大きな特徴の１つは、選択的堆積法原理を利
用している点である。
用している点である。
ここで基体として板状体（即ち基板）を用いた場合の
選択的堆積法の一般的な原理について説明する。
選択的堆積法の一般的な原理について説明する。
選択的堆積法とは、表面エネルギー、付着係数、脱離
係数、表面拡散速度等という薄膜形成過程での核形成を
左右する因子の材料間での差を利用して、基板上に選択
的に薄膜を形成する方法である。第２図（Ａ）および
（Ｂ）は選択堆積法の説明図である。まず同図（Ａ）に
示すように、基板上に基板１と上記因子の異なる材料か
ら成る核形成面となる薄膜２を所望部分に形成する。そ
して、適当な堆積条件によって適当な材料から成る薄膜
の堆積を行うと、堆積物３は薄膜２上にのみ成長し、基
体１の非核形成面５上には成長しないという現象が生じ
させることができる。この現象を利用することで、自己
整合的に成形された堆積物３を成長させることができ、
従来のようなレジストを用いたリソグラフィ工程の省略
が可能となる。
係数、表面拡散速度等という薄膜形成過程での核形成を
左右する因子の材料間での差を利用して、基板上に選択
的に薄膜を形成する方法である。第２図（Ａ）および
（Ｂ）は選択堆積法の説明図である。まず同図（Ａ）に
示すように、基板上に基板１と上記因子の異なる材料か
ら成る核形成面となる薄膜２を所望部分に形成する。そ
して、適当な堆積条件によって適当な材料から成る薄膜
の堆積を行うと、堆積物３は薄膜２上にのみ成長し、基
体１の非核形成面５上には成長しないという現象が生じ
させることができる。この現象を利用することで、自己
整合的に成形された堆積物３を成長させることができ、
従来のようなレジストを用いたリソグラフィ工程の省略
が可能となる。
このような選択的堆積法を行うことができる材料とし
ては、例えば、基板１としてSiO2、薄膜２としてSi,GaA
s,Si3N4、そして堆積させる堆積物３としてSi,W,GaAs,I
nP等がある。
ては、例えば、基板１としてSiO2、薄膜２としてSi,GaA
s,Si3N4、そして堆積させる堆積物３としてSi,W,GaAs,I
nP等がある。
なお、第３図は、SiO2の表面とSi3N4の表面とを例と
し、それらの核形成密度の経時変化を示すグラフであ
る。
し、それらの核形成密度の経時変化を示すグラフであ
る。
同グラフが示すように、堆積を開始して間もなくSiO2
上での核形成密度は103cm-2以下で飽和し、20分後でも
その値はほとんど変化しない。それに対してSi3N4上で
は、約４×105cm-2で一旦飽和し、それから10分ほど変
化しないが、それ以降は急激に増大する。なお、この測
定例では、SiCl4ガスをH2ガスで希釈し、圧力175Torr、
温度1000℃の条件下でCVD法により堆積した場合を示し
ている。他にSiH4,SiH2Cl2,SiHCl3,SiF4等を反応ガスと
して用いて、圧力、温度等を調整することで同様の作用
を得ることができる。また、真空蒸着でも可能である。
上での核形成密度は103cm-2以下で飽和し、20分後でも
その値はほとんど変化しない。それに対してSi3N4上で
は、約４×105cm-2で一旦飽和し、それから10分ほど変
化しないが、それ以降は急激に増大する。なお、この測
定例では、SiCl4ガスをH2ガスで希釈し、圧力175Torr、
温度1000℃の条件下でCVD法により堆積した場合を示し
ている。他にSiH4,SiH2Cl2,SiHCl3,SiF4等を反応ガスと
して用いて、圧力、温度等を調整することで同様の作用
を得ることができる。また、真空蒸着でも可能である。
この場合、SiO2膜上の核形成はほとんど問題とならな
いが、反応ガス中にたとえばHClガス等のエッチングガ
スを添加することで、SiO2膜上での核形成を更に抑制
し、SiO2膜上でのSiの堆積を皆無にすることができる。
このような現象は、SiO2およびSi3N4の材料表面の、た
とえばSiに対する吸着係数、脱離係数、表面拡散係数等
の差によるところが大きいが、Si原子自身によってSiO2
が反応し、蒸気圧が高い一酸化シリコンが生成されるこ
とでSiO2自身がエッチングされ、Si3N4上ではこのよう
なエッチング現象は生じないということも選択堆積を生
じさせる原因となっていると考えられる（T.Yonehara,
S.Yoshihara,S.Miyazawa Journal of Applied Physics
53,6839,1982）． このように堆積面の材料として例えばSiO2およびSi3N
4を選択し、堆積材料としてSiを選択すれば、同グラフ
に示すように十分に大きな核形成密度差を得ることがで
きる。なお、ここでは堆積面の材料としてSiO2が望まし
いが、これに限らず、SiOxであっても核形成密度差を得
ることができる。
いが、反応ガス中にたとえばHClガス等のエッチングガ
スを添加することで、SiO2膜上での核形成を更に抑制
し、SiO2膜上でのSiの堆積を皆無にすることができる。
このような現象は、SiO2およびSi3N4の材料表面の、た
とえばSiに対する吸着係数、脱離係数、表面拡散係数等
の差によるところが大きいが、Si原子自身によってSiO2
が反応し、蒸気圧が高い一酸化シリコンが生成されるこ
とでSiO2自身がエッチングされ、Si3N4上ではこのよう
なエッチング現象は生じないということも選択堆積を生
じさせる原因となっていると考えられる（T.Yonehara,
S.Yoshihara,S.Miyazawa Journal of Applied Physics
53,6839,1982）． このように堆積面の材料として例えばSiO2およびSi3N
4を選択し、堆積材料としてSiを選択すれば、同グラフ
に示すように十分に大きな核形成密度差を得ることがで
きる。なお、ここでは堆積面の材料としてSiO2が望まし
いが、これに限らず、SiOxであっても核形成密度差を得
ることができる。
もちろん、これらの材料に限定されるものではなく、
核形成密度の差が同グラフで示すように核の密度で102
倍以上あれば十分であり、後に例示するような材料によ
っても充分な選択堆積を行うことができる。
核形成密度の差が同グラフで示すように核の密度で102
倍以上あれば十分であり、後に例示するような材料によ
っても充分な選択堆積を行うことができる。
この核形成密度差を得る他の方法としては、SiO2上に
局所的にSiやＮ等をイオン注入して過剰にSiやＮ等を有
する領域を形成してもよい。又、SiO2薄膜からSi3N4膜
を微小に露出したものでもよい。
局所的にSiやＮ等をイオン注入して過剰にSiやＮ等を有
する領域を形成してもよい。又、SiO2薄膜からSi3N4膜
を微小に露出したものでもよい。
以上は選択堆積法の説明であるが、堆積面の材料より
核形成密度の十分大きい異種材料を単一の核だけが成長
するように十分微細に形成することによって、その微細
な異種材料の存在する箇所だけに単結晶を選択的に形成
させる方法（選択核形成法）が本願出願人より提案され
ている。
核形成密度の十分大きい異種材料を単一の核だけが成長
するように十分微細に形成することによって、その微細
な異種材料の存在する箇所だけに単結晶を選択的に形成
させる方法（選択核形成法）が本願出願人より提案され
ている。
なお、単結晶の選択的成長は、堆積表面の電子状態、
特にダングリングボンドの状態等にも左右されると考え
られる。また、核形成密度の低い材料（例えばSiO2）は
バルク材料である必要はなく、任意の材料や基板等の表
面のみに形成されて上記体積面を成していればよい。
特にダングリングボンドの状態等にも左右されると考え
られる。また、核形成密度の低い材料（例えばSiO2）は
バルク材料である必要はなく、任意の材料や基板等の表
面のみに形成されて上記体積面を成していればよい。
第４図はその概念図である。第４図（Ａ）は第２図
（Ａ）と同様に核形成密度の小さな材料よりなる非核形
成面５の上に微細にパターニングされた核形成密度の大
きな材料よりなる種子結晶（seed）６を配したものであ
る。この時前記と同様に５はSiO2、６はSi3N4でよい。
４は任意基板である。６のseedは単一の核だけが発生・
成長する程度に微小な表面積、すなわち、径では１〜２
μｍ程度、面積では１〜４μm2程度の大きさであること
が好ましい。次に、第４図（Ｂ）はseed6上に単一の核
から、島状の単結晶が成長した初期状態の図である。こ
の堆積は通常のエピタキシャル装置を用いて行われ、ソ
ースガスとしてはSiCl4,SiHCl3,SiH2Cl2,SiH4等が可能
であることは前述したとおりである。
（Ａ）と同様に核形成密度の小さな材料よりなる非核形
成面５の上に微細にパターニングされた核形成密度の大
きな材料よりなる種子結晶（seed）６を配したものであ
る。この時前記と同様に５はSiO2、６はSi3N4でよい。
４は任意基板である。６のseedは単一の核だけが発生・
成長する程度に微小な表面積、すなわち、径では１〜２
μｍ程度、面積では１〜４μm2程度の大きさであること
が好ましい。次に、第４図（Ｂ）はseed6上に単一の核
から、島状の単結晶が成長した初期状態の図である。こ
の堆積は通常のエピタキシャル装置を用いて行われ、ソ
ースガスとしてはSiCl4,SiHCl3,SiH2Cl2,SiH4等が可能
であることは前述したとおりである。
ちなみに、HCl添加ガスはSiのエッチングの効果があ
り、流量によって核形成密度のコントロールができる。
seed6が２μｍ角のとき、流量比（/min）SiH2Cl2:HC
l:H2＝1.2:1.6:100、温度960℃、圧力150Torrが適当で
あった。上の条件で成長させると島状の単結晶７は全て
単結晶となる。
り、流量によって核形成密度のコントロールができる。
seed6が２μｍ角のとき、流量比（/min）SiH2Cl2:HC
l:H2＝1.2:1.6:100、温度960℃、圧力150Torrが適当で
あった。上の条件で成長させると島状の単結晶７は全て
単結晶となる。
次に第４図（Ｃ）は島状の単結晶７を選択的に成長さ
せたものである。すなわち、たとえば、上の条件で堆積
を行えば、非核形成面（SiO2膜）５上には新しい核が発
生せずに島状の単結晶７のみが成長して大きな単結晶と
なる。この大きな単結晶を本明細書では以下単結晶体と
称する。このとき第４図（Ｃ）に見られるように単結晶
Siは特有な結晶外形（ファセット）を有する。従って成
長した単結晶体7A上に素子を形成する場合には第４図
（Ｄ）のように上部をラッピング等の方法で平坦化する
（８は、単結晶体7Aを平坦化したものを指す）場合があ
る。
せたものである。すなわち、たとえば、上の条件で堆積
を行えば、非核形成面（SiO2膜）５上には新しい核が発
生せずに島状の単結晶７のみが成長して大きな単結晶と
なる。この大きな単結晶を本明細書では以下単結晶体と
称する。このとき第４図（Ｃ）に見られるように単結晶
Siは特有な結晶外形（ファセット）を有する。従って成
長した単結晶体7A上に素子を形成する場合には第４図
（Ｄ）のように上部をラッピング等の方法で平坦化する
（８は、単結晶体7Aを平坦化したものを指す）場合があ
る。
しかるに、本発明では、このファセットを有効に利用
しようとするものである。
しようとするものである。
上記の如き方法で任意基板の堆積面上に島状の単結晶
を選択的に成長させた場合、その単結晶は、特定のファ
セット面で囲まれる。これは表面エネルギーと成長速度
の異方性から生ずるものと考えられる。したがって１つ
の単結晶の外形は第13図に示すような山型をなすことに
なる。そこで微細な核形成面を互いに充分な距離だけで
離して２次元マトリクス状に堆積面上に配し、それらか
らそれぞれ成長した山型の単結晶が互いの粒界を接する
ようになるまで成長させるから、表面加工を施すことな
く、第２図に示すような表面構造を自動的に得ることが
できる。
を選択的に成長させた場合、その単結晶は、特定のファ
セット面で囲まれる。これは表面エネルギーと成長速度
の異方性から生ずるものと考えられる。したがって１つ
の単結晶の外形は第13図に示すような山型をなすことに
なる。そこで微細な核形成面を互いに充分な距離だけで
離して２次元マトリクス状に堆積面上に配し、それらか
らそれぞれ成長した山型の単結晶が互いの粒界を接する
ようになるまで成長させるから、表面加工を施すことな
く、第２図に示すような表面構造を自動的に得ることが
できる。
［実施態様例］ （第１実施態様例） 第６図から第10図に基き本発明の第１実施態様例を説
明する。
明する。
第６図に示すように、任意基板４の上に、金属をスパ
ッター蒸着し、その後パターニングしてｎ型半導体用の
電極（第１電極）2aとｐ型半導体用の電極（第２電極）
2bを櫛型に形成する。電極2a,2b間の距離は所望する半
導体結晶の大きさに合せ適宜決定すればよい。
ッター蒸着し、その後パターニングしてｎ型半導体用の
電極（第１電極）2aとｐ型半導体用の電極（第２電極）
2bを櫛型に形成する。電極2a,2b間の距離は所望する半
導体結晶の大きさに合せ適宜決定すればよい。
なお、任意基板は例えば石英、アルミナ、セラミック
ス、ガラス等の絶縁物よりなり、ある程度の耐熱性を有
するものならばよい。また、電極の材質としては、例え
ば、Mo,Al,Cu,W等の核形成密度が高いものを用いればよ
い。また、第１電極と第２電極とは同じ材質により形成
してもよいし、異なる材質により形成してもよい。
ス、ガラス等の絶縁物よりなり、ある程度の耐熱性を有
するものならばよい。また、電極の材質としては、例え
ば、Mo,Al,Cu,W等の核形成密度が高いものを用いればよ
い。また、第１電極と第２電極とは同じ材質により形成
してもよいし、異なる材質により形成してもよい。
次に、第７図に示すように、例えばSiO2よりなる絶縁
膜を基板４及び電極2a,2b上に堆積し、一方の電極（本
例ではｎ型電極2a）の上にのみコンタクトホールを開け
電極2aを露出させる。この時露出した電極2aが核形成密
度の高い核形成面となり、絶縁膜５が形成密度の低い
面、すなわち非核形成面となる。
膜を基板４及び電極2a,2b上に堆積し、一方の電極（本
例ではｎ型電極2a）の上にのみコンタクトホールを開け
電極2aを露出させる。この時露出した電極2aが核形成密
度の高い核形成面となり、絶縁膜５が形成密度の低い
面、すなわち非核形成面となる。
次いで、第８図に示すように選択的核形成法を用いて
ｎ型電極から導電型の第１の半導体結晶であるn+型Si単
結晶7aを成長させる。
ｎ型電極から導電型の第１の半導体結晶であるn+型Si単
結晶7aを成長させる。
Si単結晶がある程度大きく成長したところで結晶形成
処理を止め（このある程度大きくなった結晶を島状の単
結晶という）、この島状のSi単結晶の各表面を熱酸化
し、その表面にSiO2膜（この膜は非核形成面となる）5b
を形成する。ｎ型単結晶Siの大きさは任意であるが、約
５〜６μｍが好ましい。
処理を止め（このある程度大きくなった結晶を島状の単
結晶という）、この島状のSi単結晶の各表面を熱酸化
し、その表面にSiO2膜（この膜は非核形成面となる）5b
を形成する。ｎ型単結晶Siの大きさは任意であるが、約
５〜６μｍが好ましい。
次に、第９図に示すように、ｐ型電極上のSiO2膜５
に、コンタクトホールを開ける。この時n+型の島状単結
晶Siの表面には核形成密度の低いSiO2膜5aがあるので、
ｐ型電極上のみで核形成が生じる。
に、コンタクトホールを開ける。この時n+型の島状単結
晶Siの表面には核形成密度の低いSiO2膜5aがあるので、
ｐ型電極上のみで核形成が生じる。
次いで第２の半導体結晶であるｐ型Si単結晶7bを成長
させる。
させる。
次に、第10図に示すように、n+型の島状の単結晶表面
の酸化膜5aを適宜のエッチング液、例えばHF溶液でエッ
チングし、再び、島状のSi単結晶面を露出させる。それ
からこのn+型結晶とｎ型結晶を核形成面としてｉ型半導
体結晶を成長させ、Siの単結晶体7A（ｉ型半導体）を得
る。成長を続けると結晶同志が隣接したところで結晶粒
界が形成され、第10図のようにファセットが現れる。
の酸化膜5aを適宜のエッチング液、例えばHF溶液でエッ
チングし、再び、島状のSi単結晶面を露出させる。それ
からこのn+型結晶とｎ型結晶を核形成面としてｉ型半導
体結晶を成長させ、Siの単結晶体7A（ｉ型半導体）を得
る。成長を続けると結晶同志が隣接したところで結晶粒
界が形成され、第10図のようにファセットが現れる。
（第２実施態様例） 本発明の第２実施態様例を第11〜13図を用いて説明す
る。
る。
まず第11図に示すように例えばアルミナ基板４の全面
に例えばAl,Mo,Cu,W等の金属材料をスパッタ蒸着し、次
いでパターニングを行うことにより下部電極（第２電
極）2bを形成する。この上に例えばSiO2膜５を２μｍ角
のコンタクトホールを２次元マトリクス状に設ける。こ
こで基板４の材料はアルミナに限定される訳ではなく、
耐熱性の高い材料であれば任意である。
に例えばAl,Mo,Cu,W等の金属材料をスパッタ蒸着し、次
いでパターニングを行うことにより下部電極（第２電
極）2bを形成する。この上に例えばSiO2膜５を２μｍ角
のコンタクトホールを２次元マトリクス状に設ける。こ
こで基板４の材料はアルミナに限定される訳ではなく、
耐熱性の高い材料であれば任意である。
また下部電極2bの材料もAl,Moのほか、W,Cu等の核形
成密度の高いものであればよい。
成密度の高いものであればよい。
第11図の構成においてSiO2膜５上ではSi核形成密度が
小さく、これが非核形成面（NDS）となる。一方、Al,Mo
等の金属材料はSiO2上よりもSiの核形成密度が大きいの
でこれが核形成面（NDL）となる。
小さく、これが非核形成面（NDS）となる。一方、Al,Mo
等の金属材料はSiO2上よりもSiの核形成密度が大きいの
でこれが核形成面（NDL）となる。
次いで、例えば熱CVD法により、例えばSiの結晶形成
処理を施せは、第12図に示すとおり、下部電極2b上のみ
にSi単結晶の核が発生し、その核から島状単結晶7bが成
長する。
処理を施せは、第12図に示すとおり、下部電極2b上のみ
にSi単結晶の核が発生し、その核から島状単結晶7bが成
長する。
なお、この際適宜の元素をドーピングすれば所望の導
電型の半導体結晶を形成することができる。
電型の半導体結晶を形成することができる。
次に、島状単結晶7bとは反対導電型の結晶を形成する
ためにドーパントを変え、単結晶体7Aを形成する（第13
図参照）。
ためにドーパントを変え、単結晶体7Aを形成する（第13
図参照）。
なお、第13図に示される多結晶体の、例えば粒界部分
に櫛型電極８を蒸着し、上部電極（第１電極）2aを形成
すれば太陽電池が形成される。
に櫛型電極８を蒸着し、上部電極（第１電極）2aを形成
すれば太陽電池が形成される。
［実施例］ （第１実施例） まず第６図はセラミックガラスからなる基板４の上
に、Al金属をスパッタ蒸着し、その後パターニングして
ｎ型半導体用の電極（第１電極）2aとｐ型半導体用の電
極（第２電極）2bを櫛型に形成した。第６図（Ａ）は側
断面図、第６図（Ｂ）は斜視図である。ｐはｐ型電極、
ｎはｎ型電極を示す。また、電極2a,2b間の距離は中心
間距離で40μｍとし、電極の幅は20μｍ、厚さ0.6μｍ
とした。
に、Al金属をスパッタ蒸着し、その後パターニングして
ｎ型半導体用の電極（第１電極）2aとｐ型半導体用の電
極（第２電極）2bを櫛型に形成した。第６図（Ａ）は側
断面図、第６図（Ｂ）は斜視図である。ｐはｐ型電極、
ｎはｎ型電極を示す。また、電極2a,2b間の距離は中心
間距離で40μｍとし、電極の幅は20μｍ、厚さ0.6μｍ
とした。
次に、第７図に示すように、SiO2よりなる絶縁膜５を
CVD装置を用いて500Å厚に堆積し、ｎ型電極にのみコン
タクトホールを開けた。コンタクトホールはRIE（React
ive Ion Etching）装置を用い２μｍ角の大きさとし
た。
CVD装置を用いて500Å厚に堆積し、ｎ型電極にのみコン
タクトホールを開けた。コンタクトホールはRIE（React
ive Ion Etching）装置を用い２μｍ角の大きさとし
た。
次いで、第８図に示すように選択的核形成法を用いて
ｎ型電極上に導電型の第１の半導体結晶であるn+型Si単
結晶7aを成長させた。ここでｎ型単結晶の形成は、ソー
スガスとしてSiH2Cl2、HCl、H2の混合ガスを用い、SiH2
Cl2:HCl:H2＝1.2:1.4:100の流量比（/min）で流し
た。ドーパントガスとしてPH3を用いた。また、温度900
℃、圧力150Torrで成長させた。
ｎ型電極上に導電型の第１の半導体結晶であるn+型Si単
結晶7aを成長させた。ここでｎ型単結晶の形成は、ソー
スガスとしてSiH2Cl2、HCl、H2の混合ガスを用い、SiH2
Cl2:HCl:H2＝1.2:1.4:100の流量比（/min）で流し
た。ドーパントガスとしてPH3を用いた。また、温度900
℃、圧力150Torrで成長させた。
Si単結晶がある程度大きく成長したところで結晶形成
処理を止め（このある程度大きくなった結晶を島状の単
結晶という）、この島状のSi単結晶の各表面を熱酸化
し、その表面にSiO2膜（この膜は非核形成面となる）5b
を形成した。Si単結晶の大きさは、本例では約５〜６μ
ｍとした。
処理を止め（このある程度大きくなった結晶を島状の単
結晶という）、この島状のSi単結晶の各表面を熱酸化
し、その表面にSiO2膜（この膜は非核形成面となる）5b
を形成した。Si単結晶の大きさは、本例では約５〜６μ
ｍとした。
次に、第９図に示すように、ｐ型電極上のSiO2膜５に
電極2aの場合と同じように２μｍのコンタクトホールを
開けた。そして、n+型Si単結晶7aを成長させたのと同じ
条件で、第２の半導体結晶であるｐ型Si単結晶7bを成長
させた。但し、ドーパントガスとしてPH3の代りにBH3を
用いてある。この時n+型の島状Si単結晶の表面には核形
成密度の低いSiO2膜5aがあるので、ｎ型Si単結晶には形
成しない。
電極2aの場合と同じように２μｍのコンタクトホールを
開けた。そして、n+型Si単結晶7aを成長させたのと同じ
条件で、第２の半導体結晶であるｐ型Si単結晶7bを成長
させた。但し、ドーパントガスとしてPH3の代りにBH3を
用いてある。この時n+型の島状Si単結晶の表面には核形
成密度の低いSiO2膜5aがあるので、ｎ型Si単結晶には形
成しない。
次に、第10図に示すように、n+型の島状のSi単結晶表
面の酸化膜5aをHF溶液でエッチングして除去し、再び島
状のSi単結晶面を露出させる。それからこのn+型Si単結
晶とｐ型Si単結晶を種としてｉ型半導体結晶を形成し、
Siの単結晶体7A（ｉ型半導体）を得た。形成の条件は、
ガス流量比SiH2Cl2:HCl:H2＝1.2:2.0:100、形成温度920
℃、圧力150Torrとした。成長を続けたところ結晶同士
が隣接したところで結晶粒界が形成された。その結果、
第10図のようにファセットが現れた。このようにして形
成した太陽電池は、AMIRY照射時に開放電圧0.62V短絡電
流32mA/cm2、フィルファクター0.8の電気特性を有して
いた。
面の酸化膜5aをHF溶液でエッチングして除去し、再び島
状のSi単結晶面を露出させる。それからこのn+型Si単結
晶とｐ型Si単結晶を種としてｉ型半導体結晶を形成し、
Siの単結晶体7A（ｉ型半導体）を得た。形成の条件は、
ガス流量比SiH2Cl2:HCl:H2＝1.2:2.0:100、形成温度920
℃、圧力150Torrとした。成長を続けたところ結晶同士
が隣接したところで結晶粒界が形成された。その結果、
第10図のようにファセットが現れた。このようにして形
成した太陽電池は、AMIRY照射時に開放電圧0.62V短絡電
流32mA/cm2、フィルファクター0.8の電気特性を有して
いた。
本例に係る太陽電池は、入射面の開口率が100％なの
で、光の入射効率が極めて良好であった。
で、光の入射効率が極めて良好であった。
（第２実施例） 本発明の第２実施例を第11〜13図を用いて説明する。
まず第11図に示すようにアルミナ基板４の全面にMo膜を
１μｍ厚ほどスパッタ蒸着して、これを下部電極（第２
電極）2bとした。この上にSiO2膜５をCVD法により1000
Å厚に堆積し、これにリソグラフィーとRIE装置によっ
て50μｍ間隔で２μｍ角のコンタクトホールを２次元マ
トリクス状に設けた。
まず第11図に示すようにアルミナ基板４の全面にMo膜を
１μｍ厚ほどスパッタ蒸着して、これを下部電極（第２
電極）2bとした。この上にSiO2膜５をCVD法により1000
Å厚に堆積し、これにリソグラフィーとRIE装置によっ
て50μｍ間隔で２μｍ角のコンタクトホールを２次元マ
トリクス状に設けた。
次にこの基板に熱CVD法によりSiを堆積したところ、
第12図に示すとおり、Mo上のみに発生したSi単結晶の核
から島状単結晶7bが成長してその粒径が約５〜６μｍ程
度になったところで成長を終えた。ただし、結晶成長条
件は以下のとおりとした。
第12図に示すとおり、Mo上のみに発生したSi単結晶の核
から島状単結晶7bが成長してその粒径が約５〜６μｍ程
度になったところで成長を終えた。ただし、結晶成長条
件は以下のとおりとした。
使用ガス:Si2HCl2（ソースガス） BH3（ドーパントガス） HCl（エッチングガス） H2（キャリアガス） ガス流量比： Si2HCl2:HCl:H2 ＝1.2:1.6:100（/min） 基板温度:900℃ なお、本例では、Ｂをドープしてあるので、Si単結晶
はｐ型となった。
はｐ型となった。
次に、この上にドーパントガスとしてPH3を使用し、
第１の半導体結晶となるｎ型Si単結晶体7Aを選択的エピ
タキシャル成長により形成した（第13図）。すると、隣
接するSi単結晶体7Aは互いに接し、結晶粒界11を形成す
る一方で、上部にはファセット面10が形成された。そし
て、ｎ型Si単結晶上に電極とのコンタクト用にPH3ガス
濃度を高くしたn+型Si単結晶層９を１μｍ厚に形成し
た。結晶成長条件は、ガス流量比Si2HCl2:HCl:H2＝1.2:
1.6:100（/min）、形成温度920℃、圧力150Torrとし
た。
第１の半導体結晶となるｎ型Si単結晶体7Aを選択的エピ
タキシャル成長により形成した（第13図）。すると、隣
接するSi単結晶体7Aは互いに接し、結晶粒界11を形成す
る一方で、上部にはファセット面10が形成された。そし
て、ｎ型Si単結晶上に電極とのコンタクト用にPH3ガス
濃度を高くしたn+型Si単結晶層９を１μｍ厚に形成し
た。結晶成長条件は、ガス流量比Si2HCl2:HCl:H2＝1.2:
1.6:100（/min）、形成温度920℃、圧力150Torrとし
た。
最後にSi単結晶体の粒界部分にAlの櫛型電極９を蒸着
により形成し、上記電極（第１電極）2aとした。このよ
うにして形成された太陽電池のエネルギー変換効率を測
定したところ、約16％であり良好な値が得られた。これ
は従来の大面積、低コスト太陽電池であるアモルファス
シリコン太陽電池に比べて著しく高い変換効率になって
いる。
により形成し、上記電極（第１電極）2aとした。このよ
うにして形成された太陽電池のエネルギー変換効率を測
定したところ、約16％であり良好な値が得られた。これ
は従来の大面積、低コスト太陽電池であるアモルファス
シリコン太陽電池に比べて著しく高い変換効率になって
いる。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、次のような数々
の効果が得られる。
の効果が得られる。
（ａ）従来の単結晶太陽電池では基板がウエハに限られ
ていたのに対し、本発明に係る太陽電池おいては後工程
のプロセス温度以上の耐熱性があれば任意の基板の使用
が可能であるので、基板としてガラスのような大面積の
基板を使用できるので安価である。
ていたのに対し、本発明に係る太陽電池おいては後工程
のプロセス温度以上の耐熱性があれば任意の基板の使用
が可能であるので、基板としてガラスのような大面積の
基板を使用できるので安価である。
（ｂ）成長した単結晶体は、特有な外形であるファセッ
ト形をしているため、全反射角で入射する光線も、反射
後、他の結晶面で吸収され、光吸収効率の高く、ひいて
は、変換効率の高い太陽電池が得られる。
ト形をしているため、全反射角で入射する光線も、反射
後、他の結晶面で吸収され、光吸収効率の高く、ひいて
は、変換効率の高い太陽電池が得られる。
（ｃ）従来の集光タイプの太陽電池は、基板温度の上昇
により素子の機能が低下するが、本発明に係る太陽電池
では、下地基板を任意に選択できるので、熱伝導性の良
好な材質で放熱性の良い形状に加工した基板を用いるこ
とにより集光タイプで高変換効率の太陽電池が得られ
る。
により素子の機能が低下するが、本発明に係る太陽電池
では、下地基板を任意に選択できるので、熱伝導性の良
好な材質で放熱性の良い形状に加工した基板を用いるこ
とにより集光タイプで高変換効率の太陽電池が得られ
る。
第１図は、集光タイプの太陽電池の受光面を示す概念図
である。第２図は選択的堆積法の概念を示す図である。
第３図は核形成密度の時間依存性を示すグラフである。
第４図は選択核形成法の概念を示す図である。第５図は
ファセット面を有する結晶を示す斜視図である。 第６図乃至第10図は第１実施例を説明するための製造工
程図である。第11図乃至第13図は第２実施例を説明する
ための製造工程図である。 １……基体、２……薄膜、2a……第１電極、2b……第２
電極（下部電極）、３……堆積物、４……基板、5,5a,5
b……非核形成面、６……seed（Si3N4）、７……島状の
単結晶、7A……単結晶体、7a……第１の半導体結晶、7b
……第２の半導体結晶、11……結晶粒界。
である。第２図は選択的堆積法の概念を示す図である。
第３図は核形成密度の時間依存性を示すグラフである。
第４図は選択核形成法の概念を示す図である。第５図は
ファセット面を有する結晶を示す斜視図である。 第６図乃至第10図は第１実施例を説明するための製造工
程図である。第11図乃至第13図は第２実施例を説明する
ための製造工程図である。 １……基体、２……薄膜、2a……第１電極、2b……第２
電極（下部電極）、３……堆積物、４……基板、5,5a,5
b……非核形成面、６……seed（Si3N4）、７……島状の
単結晶、7A……単結晶体、7a……第１の半導体結晶、7b
……第２の半導体結晶、11……結晶粒界。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒尾 浩三 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭51−14282（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−107016（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−182872（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−56322（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−120784（ＪＰ，Ａ)
Claims (10)
- 【請求項１】結晶成長して単結晶となる核が唯一形成さ
れるに十分小さい領域である複数の核形成面と、該核形
成面を構成する材料とは異なった材料で構成された非核
形成面とを隣接して配した自由表面を有する基板の、該
複数の核形成面のそれぞれの上に形成された島状の単結
晶と、該島状の単結晶の上に形成された単結晶体を有
し、該単結晶体は隣り合う単結晶体と互いに粒界を接し
ていることを特徴とする太陽電池。 - 【請求項２】前記複数の島状の単結晶は、ｐ型半導体と
ｎ型半導体が交互に配置されており、前記単結晶体はｉ
型半導体であり、前記複数の核形成面は、互いに電気的
に分離していることを特徴とする請求項１に記載の太陽
電池。 - 【請求項３】前記複数の島状の単結晶は、ｐ型半導体又
はｎ型半導体であり、前記単結晶体は前記島状の単結晶
とは異なる導電型の半導体であることを特徴とする請求
項１に記載の太陽電池。 - 【請求項４】前記核形成面がAl、Mo、Cu、Ｗから選ばれ
る一種であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電
池。 - 【請求項５】前記非核形成面がSiO2であることを特徴と
する請求項１に記載の太陽電池。 - 【請求項６】基板上に分離された複数の金属電極を形成
する工程と、第１の絶縁膜を堆積する工程と、互いに隣
り合わない前記複数の金属電極の表面の前記絶縁膜の一
部を単結晶となる核が唯一形成されるに十分小さい複数
の領域（領域１）を除去する工程と、前記領域１に第１
の導電型の島状の単結晶を気相成長させる工程と、前記
島状の単結晶の表面に第２の絶縁膜を形成する工程と、
その上に前記島状の単結晶が形成されていない前記複数
の金属電極上の前記絶縁膜の一部を、単結晶となる核が
唯一形成されるに十分小さい複数の領域（領域２）だけ
除去する工程と、前記領域２に第１の導電型と異なる導
電型の島状の単結晶を気相成長させる工程と、前記第２
の絶縁膜を除去する工程と、前記島状の単結晶のそれぞ
れの上にｉ型の単結晶体を粒界が接するまで気相成長さ
せる工程と、を有することを特徴とする太陽電池の製造
方法。 - 【請求項７】基板上に金属電極を形成する工程と、絶縁
膜を形成する工程と、該絶縁膜の一部を単結晶となる核
が唯一形成されるに十分小さい領域だけ除去する工程
と、前記領域に第１の導電型の島状の単結晶を気相成長
させる工程と、前記島状の単結晶のそれぞれの上に第１
の導電型と異なる導電型の単結晶体を粒界が接するまで
気相成長させる工程と、を有することを特徴とする太陽
電池の製造方法。 - 【請求項８】前記基体は石英、アルミナ、セラミック
ス、ガラスから選ばれる一種であることを特徴とする請
求項６又は７に記載の太陽電池の製造方法。 - 【請求項９】前記金属電極がAl、Mo、Cu、Ｗから選ばれ
る一種であることを特徴とする請求項６又は７に記載の
太陽電池の製造方法。 - 【請求項１０】前記絶縁膜がSiO2であることを特徴とす
る請求項６又は７に記載の太陽電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63210358A JP2667218B2 (ja) | 1987-08-24 | 1988-08-24 | 太陽電池及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62-209456 | 1987-08-24 | ||
| JP20945687 | 1987-08-24 | ||
| JP63210358A JP2667218B2 (ja) | 1987-08-24 | 1988-08-24 | 太陽電池及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01132173A JPH01132173A (ja) | 1989-05-24 |
| JP2667218B2 true JP2667218B2 (ja) | 1997-10-27 |
Family
ID=26517459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63210358A Expired - Fee Related JP2667218B2 (ja) | 1987-08-24 | 1988-08-24 | 太陽電池及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2667218B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5973734A (en) | 1997-07-09 | 1999-10-26 | Flashpoint Technology, Inc. | Method and apparatus for correcting aspect ratio in a camera graphical user interface |
| US6317141B1 (en) | 1998-12-31 | 2001-11-13 | Flashpoint Technology, Inc. | Method and apparatus for editing heterogeneous media objects in a digital imaging device |
| US9224145B1 (en) | 2006-08-30 | 2015-12-29 | Qurio Holdings, Inc. | Venue based digital rights using capture device with digital watermarking capability |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5114282A (ja) * | 1974-07-26 | 1976-02-04 | Hitachi Ltd |
-
1988
- 1988-08-24 JP JP63210358A patent/JP2667218B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH01132173A (ja) | 1989-05-24 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |